近幾年，似乎每年都會有工程結構倒塌的事故，有些是因為自然災害、有些則是施工不當、也有些是設計失誤，亦或是違規改造等，這些都是我們所不願意看到的，作為結構工程師，我們可能會比其他人更加關注這些事件，因為我們的任務就是要找到結構倒塌的機理，找出薄弱環節，從而採取辦法使得結構具備良好的抗倒塌能力。我們先透過以下的小動畫直觀感受以下倒塌的過程：

倒塌分析模擬屬於結構高度非線性分析的一個分支，涉及到幾何非線性、材料非線性，模擬的是結構在短時間內的動力學行為，目前求解的技術手段有傳統有限單元法、離散單元法，解析動力學方程有隱式求解與顯示求解兩種途徑。目前涉及到倒塌模擬的計算分析難度普遍較大，尤其是強非線性階段時常會遇到數值收斂問題，進行引數除錯需要一定經驗，沒關係，小編與你同在。

當時的現場大概是這樣的：

當時考慮了三種拆除方式：

1、屋面載入水箱壓重

2、牽引拖拽

3、空中切割拆除杆件

目的就是把體育場整個屋蓋安全放倒，最終委託方選擇了空中切割拆除杆件的方案，如下圖所示。

於是後期的分析重點就放在了拆除構件這種方案上，本專案採用的是sap2000進行分析，前期的建模包括“單元建立”+“荷載施加”+“邊界條件”+“分析工況”，下圖是最終的分析模型。

小編髮現在sap2000的新版本中，加入了考慮倒塌“consider collapse”的功能，於是便開始了新功能初體驗。由於拆除是一步一步進行，因此需要提前將每一步需要拆除的構件定義到一個組裡，接著再進行工況設定，這裡放上我的引數設定狀態。由於倒塌全過程分析是一個動態過程，因此這裡選擇的是非線性動力分析，同時勾上了考慮P-Delta和大變形的選項。

由於需要考慮到材料非線性，而本結構為純鋼結構，非常適合採用纖維鉸進行彈塑性模擬，因此在sap2000中，採用了集中纖維鉸Fiber-P-M2-M3來模擬材料非線性行為，程式自動根據構件截面進行纖維劃分。

至此，模型便可以提交計算分析了，接下來的工作就交給計算機吧！

1、檢查模型材料、荷載、邊界、連線等設定是否正確。

先確保模型本身沒問題，再查其他的。

2、修改非線性分析引數設定

3、適當增加結構阻尼（不到萬不得已，不建議使用）

4、對於需要考慮P-Delta和大變形，可適當增加單元的部分數量，有效改善由於杆件屈曲帶來的收斂困難問題。

這個方法在使用過程中帶來的效果非常明顯，本專案在弦杆中間剖分了兩個單元，如下圖所示。

終於到了檢驗成果的時刻，結構最後的倒塌形態如下圖所示。

計算模擬

現場作業

最終該體育場於2019年11月底順利安全拆倒，我們的計算模擬在切割到第15根杆件的時候，結構發生明顯變形，隨即倒塌；實際現場在拆除到第13根杆件的時候，結構進入倒塌狀態，與計算模擬僅相差兩步，非常接近的一次模擬模擬。上圖看起來好像不夠直觀，我們透過影片動畫來感受一下。

計算模擬動畫

現場作業動畫